JP2007027425A

JP2007027425A - Substrate treatment device

Info

Publication number: JP2007027425A
Application number: JP2005207631A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nakagawa; 崇中川; Kazuyuki Toyoda; 一行豊田; Taketoshi Sato; 武敏佐藤; Hideki Hotta; 英樹堀田; Mitsuru Hasegawa; 長谷川　　満
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2005-07-15
Filing date: 2005-07-15
Publication date: 2007-02-01

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve uniformity of flow rate distribution of treatment gas also to a substrate in any portion inside a treatment chamber in a substrate treatment device. <P>SOLUTION: The device has a treatment chamber 201 for storing a required number of substrates which are laminated and mounted, a gas nozzle 17 which supplies treatment gas to the treatment chamber and extends in a lamination direction of the substrate, and an exhaust means 240 for exhausting the treatment chamber. The gas nozzle has a plurality of gas supply holes 248c along the lamination direction, and one or more gas supply holes are provided in a direction intersecting with the lamination direction. An internal angle of adjacent gas supply holes is set at 0° to a prescribed angle, and the internal angle is set at an angle of 2 or more in the lamination direction. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はシリコンウェーハ等の基板に、薄膜生成処理、拡散処理、アニール処理等の基板処理を行う基板処理装置に関するものである。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for performing substrate processing such as thin film generation processing, diffusion processing, and annealing processing on a substrate such as a silicon wafer.

基板処理装置には、一枚ずつ処理を行う枚葉式の基板処理装置、或は所定枚数の基板を一度に処理するバッチ式の基板処理装置がある。基板処理装置は、基板処理を行う処理室を画成する処理管、即ち石英製の反応管を具備し、処理室に基板を収納し、基板を処理温度に加熱維持した状態で、処理ガスを導入しつつ排気し、処理圧力に維持した状態で、薄膜の生成等の処理を行う。 As the substrate processing apparatus, there is a single-wafer type substrate processing apparatus that performs processing one by one, or a batch type substrate processing apparatus that processes a predetermined number of substrates at a time. The substrate processing apparatus includes a processing tube that defines a processing chamber for processing a substrate, that is, a reaction tube made of quartz, stores the substrate in the processing chamber, and heats the processing gas while maintaining the substrate at a processing temperature. While introducing and evacuating and maintaining the processing pressure, processing such as formation of a thin film is performed.

バッチ式の基板処理装置に使用される反応管は、上端が閉塞された円筒形状をしており、反応管内部に基板保持具（ボート）により水平姿勢で多段に保持された基板を収納する。前記反応管内部には、石英製の各種細管が設けられ、図６に示す様に細管の１つに処理ガスを導入する為の処理ガス供給ノズル１が設けられ、前記反応管の下部には排気口が設けられている。 A reaction tube used in a batch-type substrate processing apparatus has a cylindrical shape with its upper end closed, and houses substrates held in multiple stages in a horizontal posture by a substrate holder (boat) inside the reaction tube. Various quartz-made thin tubes are provided inside the reaction tube, and a processing gas supply nozzle 1 for introducing a processing gas into one of the thin tubes is provided as shown in FIG. An exhaust port is provided.

該処理ガス供給ノズル１は、前記反応管の内壁面に沿って立設され、前記処理ガス供給ノズル１のボートに対向する部分に所要数の処理ガス供給口２が穿設されている。図６に示される様に、該処理ガス供給口２は、同一の口径を有し、前記処理ガス供給ノズル１の軸心に沿って一列等間隔に設けられている。 The processing gas supply nozzle 1 is erected along the inner wall surface of the reaction tube, and a required number of processing gas supply ports 2 are formed in a portion of the processing gas supply nozzle 1 facing the boat. As shown in FIG. 6, the processing gas supply ports 2 have the same diameter, and are provided at equal intervals along the axis of the processing gas supply nozzle 1.

基板処理が行われる場合は、基板がボートに積層載置され、基板を保持したボートが処理室内に装入され、処理室内が気密に密閉されると共に基板が加熱される。処理室内が排気され処理圧に減圧され、前記処理ガス供給ノズル１より処理ガスが供給されつつ、排気口から排気され、基板に薄膜の生成等所要の処理がなされる。 When substrate processing is performed, the substrates are stacked and mounted on the boat, the boat holding the substrates is inserted into the processing chamber, the processing chamber is hermetically sealed, and the substrate is heated. The processing chamber is evacuated and reduced to the processing pressure. While the processing gas is supplied from the processing gas supply nozzle 1, the processing chamber is evacuated from the exhaust port, and a required process such as generation of a thin film is performed on the substrate.

バッチ処理する複数枚の基板を均一に処理するには、基板表面を流れる処理ガスの流速分布がボートのどの部位にある基板、即ち処理室内のどの部位にある基板に対しても均一であることが必要となる。 In order to uniformly process a plurality of substrates to be batch-processed, the flow velocity distribution of the processing gas flowing on the substrate surface must be uniform for any substrate in the boat, that is, any substrate in the processing chamber. Is required.

従来の基板処理装置に於ける前記処理ガス供給ノズル１は、ノズル全長に亘って均等に処理ガスが吐出される様に、又処理ガスの吐出状態が一様になる前記処理ガス供給口２が設けられている。 The processing gas supply nozzle 1 in the conventional substrate processing apparatus has a processing gas supply port 2 that uniformly discharges the processing gas over the entire length of the nozzle and that makes the processing gas discharge state uniform. Is provided.

一方、基板処理状態では処理ガスが供給されつつ排気されるが、排気口は反応管の下部に設けられた排気口、１箇所のみである。この為、前記処理ガス供給ノズル１から吐出されたガスは、下部の排気口に向って流れる傾向を有し、反応室の上部の圧力が低くなり、又下部になる程圧力が高くなる傾向を有する。 On the other hand, in the substrate processing state, the processing gas is exhausted while being supplied, but the exhaust port is only one exhaust port provided at the lower part of the reaction tube. For this reason, the gas discharged from the processing gas supply nozzle 1 has a tendency to flow toward the lower exhaust port, the pressure at the upper part of the reaction chamber decreases, and the pressure at the lower part tends to increase. Have.

この為、従来の基板処理装置では反応室の上部に位置する基板では、基板の中央部のガス供給量が周辺部に比べ多くなり、中央部の膜厚が厚くなる傾向を有し、基板内での膜厚均一性が悪くなっていた。更に、反応室上部ではガスが流れ易く、基板の中央部を多く流れ、下部では流れにくく幅広く均等に流れ易くなるという傾向を有す為、基板間に於ける膜厚均一性も悪くなっていた。 For this reason, in the conventional substrate processing apparatus, in the substrate located in the upper part of the reaction chamber, the gas supply amount in the central part of the substrate is larger than that in the peripheral part, and the film thickness in the central part tends to be thick, The film thickness uniformity was poor. In addition, gas tends to flow easily in the upper part of the reaction chamber, flows mostly in the center of the substrate, and does not flow easily in the lower part, making it easy to flow evenly and widely. .

本発明は斯かる実情に鑑み、処理室内のどの部位にある基板に対しても処理ガスの流速分布の均一性を向上させるものである。 In view of such circumstances, the present invention improves the uniformity of the flow velocity distribution of the processing gas with respect to the substrate in any part of the processing chamber.

本発明は、積層載置された所要数の基板を収納する処理室と、処理ガスを前記処理室に供給し、前記基板の積層方向に延在するガスノズルと、前記処理室を排気する排気手段とを具備し、前記ガスノズルは積層方向に沿って複数のガス供給孔を有し、更に該ガス供給孔は前記積層方向と交差する方向に１以上設けられ、隣接するガス供給孔同士の内角が０°〜所定角度で設定され、前記内角は積層方向で２以上の角度で設定される基板処理装置に係るものである。 The present invention provides a processing chamber for storing a required number of stacked substrates, a gas nozzle for supplying a processing gas to the processing chamber and extending in the stacking direction of the substrates, and an exhaust means for exhausting the processing chamber. The gas nozzle has a plurality of gas supply holes along the stacking direction, and the gas supply holes are provided at least one in a direction intersecting the stacking direction, and an internal angle between adjacent gas supply holes is The substrate processing apparatus is set at 0 ° to a predetermined angle, and the inner angle is set at an angle of 2 or more in the stacking direction.

本発明によれば、積層載置された所要数の基板を収納する処理室と、処理ガスを前記処理室に供給し、前記基板の積層方向に延在するガスノズルと、前記処理室を排気する排気手段とを具備し、前記ガスノズルは積層方向に沿って複数のガス供給孔を有し、更に該ガス供給孔は前記積層方向と交差する方向に１以上設けられ、隣接するガス供給孔同士の内角が０°〜所定角度で設定され、前記内角は積層方向で２以上の角度で設定されるので、吐出される処理ガスは炉心に対して離反する方向の分力が与えられ、分散が促進され、基板全面に亘る流速の均一化が図れるという優れた効果を発揮する。 According to the present invention, a processing chamber for storing a required number of stacked substrates, a processing gas is supplied to the processing chamber, a gas nozzle extending in the stacking direction of the substrates, and the processing chamber is exhausted. The gas nozzle has a plurality of gas supply holes along the laminating direction, and one or more gas supply holes are provided in a direction crossing the laminating direction, and adjacent gas supply holes The internal angle is set at 0 ° to a predetermined angle, and the internal angle is set at an angle of 2 or more in the stacking direction, so that the process gas to be discharged is given a component force in a direction away from the core, and the dispersion is promoted. In addition, an excellent effect is achieved that the flow velocity over the entire surface of the substrate can be made uniform.

以下、図面を参照しつつ本発明を実施する為の最良の形態を説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

先ず、本発明が実施される基板処理装置について、図１により概略を説明する。 First, an outline of a substrate processing apparatus in which the present invention is implemented will be described with reference to FIG.

図１中、３は基板処理装置の筐体を示しており、該筐体３の内部前側には、外部搬送装置に対してカセット４の授受を行うカセット授受ステージ５が設けられ、該カセット授受ステージ５の後側にカセット棚６が設けられている。該カセット棚６と前記カセット授受ステージ５との間には、前記カセット棚６と前記カセット授受ステージ５との間でカセット４を搬送を行うカセット搬送装置７が設けられている。又、前記カセット授受ステージ５の上方には予備カセット棚１０が設けられている。 In FIG. 1, reference numeral 3 denotes a housing of the substrate processing apparatus, and a cassette delivery stage 5 for delivering the cassette 4 to the external transfer device is provided on the front side inside the housing 3. A cassette shelf 6 is provided on the rear side of the stage 5. Between the cassette shelf 6 and the cassette transfer stage 5, there is provided a cassette transfer device 7 that transfers the cassette 4 between the cassette shelf 6 and the cassette transfer stage 5. A reserve cassette shelf 10 is provided above the cassette transfer stage 5.

前記筐体３の後側上方には処理炉８が設けられ、該処理炉８は処理室を画成する石英製の反応管９及び該反応管９を収納する様に設けられるヒータ１１を具備している。前記処理炉８の下方にボートエレベータ１４が設けられ、該ボートエレベータ１４はシールキャップ２０を介してボート１３を載置し、該ボート１３を昇降させることで、前記処理炉８に前記ボート１３を装脱させる様になっている。該ボート１３は石英製であり、該ボート１３には基板（以下ウェーハ）１２が水平姿勢で多段に装填（積層載置）され、該ウェーハ１２は前記ボート１３に保持された状態で処理される。前記ボートエレベータ１４と前記カセット棚６との間には該カセット棚６の所定位置の前記カセット４と降下状態の前記ボート１３との間で前記ウェーハ１２を移載する基板移載装置１５が設けられている。 A processing furnace 8 is provided on the upper rear side of the casing 3, and the processing furnace 8 includes a quartz reaction tube 9 defining a processing chamber and a heater 11 provided so as to accommodate the reaction tube 9. is doing. A boat elevator 14 is provided below the processing furnace 8. The boat elevator 14 mounts the boat 13 via a seal cap 20, and lifts the boat 13 to raise and lower the boat 13 to the processing furnace 8. It is designed to be worn out. The boat 13 is made of quartz, and substrates (hereinafter referred to as wafers) 12 are loaded in multiple stages (stacked) in a horizontal posture, and the wafers 12 are processed while being held by the boat 13. . Between the boat elevator 14 and the cassette shelf 6, a substrate transfer device 15 for transferring the wafer 12 between the cassette 4 at a predetermined position of the cassette shelf 6 and the boat 13 in the lowered state is provided. It has been.

又、前記ボートエレベータ１４上部側方には、前記処理炉８の炉口部を閉塞する遮蔽部材としての炉口シャッタ１６が設けられ、前記ボート１３が降下状態で前記炉口部を閉塞する様になっている。 Further, a furnace port shutter 16 as a shielding member for closing the furnace port portion of the processing furnace 8 is provided on the upper side of the boat elevator 14 so that the boat 13 closes the furnace port portion when the boat 13 is lowered. It has become.

前記反応管９の内部には処理ガス供給ノズル１７が前記反応管９壁面に沿って設けられ、又該反応管９には排気管１８を介して排気ポンプ１９が接続され、該排気ポンプ１９には配管２１を介して排ガス除害装置２２が接続されている。 A processing gas supply nozzle 17 is provided inside the reaction tube 9 along the wall surface of the reaction tube 9, and an exhaust pump 19 is connected to the reaction tube 9 via an exhaust pipe 18. Is connected to an exhaust gas abatement device 22 via a pipe 21.

所定数（例えば２５枚）の前記ウェーハ１２が装填された前記カセット４は、図示しない外部搬送装置から前記カセット授受ステージ５に前記ウェーハ１２が上向き姿勢で搬入され、該ウェーハ１２が水平姿勢となる様、前記カセット授受ステージ５で９０°回転させられる。更に、前記カセット４は、前記カセット搬送装置７の昇降動作、横行動作、進退動作、回転動作の協働により前記カセット授受ステージ５から前記カセット棚６又は前記予備カセット棚１０に搬送される。 The cassette 4 loaded with a predetermined number (for example, 25) of the wafers 12 is loaded into the cassette transfer stage 5 from an external transfer device (not shown) in an upward posture, and the wafers 12 are in a horizontal posture. In the same manner, the cassette transfer stage 5 is rotated by 90 °. Further, the cassette 4 is transported from the cassette transfer stage 5 to the cassette shelf 6 or the spare cassette shelf 10 by the cooperation of the raising / lowering operation, transverse operation, advance / retreat operation, and rotation operation of the cassette transport device 7.

前記カセット棚６には前記基板移載装置１５の搬送対象となる前記カセット４が収納される移載棚があり、前記ウェーハ１２が移載に供される前記カセット４は前記カセット搬送装置７により前記移載棚に移載される。 The cassette shelf 6 has a transfer shelf in which the cassette 4 to be transferred by the substrate transfer device 15 is stored. The cassette 4 to which the wafer 12 is transferred is transferred by the cassette transfer device 7. Transferred to the transfer shelf.

前記カセット４が前記移載棚に移載されると、前記基板移載装置１５の進退動作、回転動作、昇降動作の協働により、前記移載棚から降下状態の前記ボート１３に前記ウェーハ１２を移載する。 When the cassette 4 is transferred to the transfer shelf, the wafer 12 is transferred from the transfer shelf to the boat 13 in the lowered state by the cooperation of the advance / retreat operation, the rotation operation, and the lifting operation of the substrate transfer device 15. Is transferred.

前記ボート１３に所定枚数（例えば１００枚）の前記ウェーハ１２が移載されると前記ボートエレベータ１４により前記ボート１３が前記処理炉８に装入され、前記シールキャップ２０により前記処理炉８が気密に閉塞される。気密に閉塞された該処理炉８内では、前記ウェーハ１２が加熱されると共に処理ガスが前記処理炉８内に供給され、前記ウェーハ１２に処理がなされる。 When a predetermined number (for example, 100) of wafers 12 are transferred to the boat 13, the boat elevator 14 loads the boat 13 into the processing furnace 8, and the seal cap 20 causes the processing furnace 8 to be airtight. Is blocked. In the processing furnace 8 that is hermetically closed, the wafer 12 is heated and a processing gas is supplied into the processing furnace 8 to process the wafer 12.

該ウェーハ１２への処理が完了すると、処理済の前記ウェーハ１２は上記した作動の逆の手順により、前記ボート１３から前記移載棚の前記カセット４に移載され、該カセット４は前記カセット搬送装置７により前記移載棚から前記カセット授受ステージ５に移載され、図示しない外部搬送装置により前記筐体３の外部に搬出される。尚、前記炉口シャッタ１６は、前記ボート１３が降下状態の際に前記処理炉８の下面を塞ぎ、外気が該処理炉８内に巻込まれるのを防止している。 When the processing on the wafer 12 is completed, the processed wafer 12 is transferred from the boat 13 to the cassette 4 of the transfer shelf by the reverse procedure of the above-described operation, and the cassette 4 is transferred to the cassette. It is transferred from the transfer shelf to the cassette transfer stage 5 by the device 7 and is carried out of the housing 3 by an external transfer device (not shown). The furnace port shutter 16 closes the lower surface of the processing furnace 8 when the boat 13 is in the lowered state to prevent outside air from being caught in the processing furnace 8.

前記カセット搬送装置７の搬送動作、前記ボートエレベータ１４の昇降動作、前記基板移載装置１５の移載動作、前記処理炉８の加熱制御等は、制御部２３により制御される。 The control unit 23 controls the transfer operation of the cassette transfer device 7, the lifting and lowering operation of the boat elevator 14, the transfer operation of the substrate transfer device 15, the heating control of the processing furnace 8, and the like.

次に、本発明の実施の形態に於ける、ウェーハ等の基板へのプロセス処理例としてＣＶＤ法の中の１つであるＡＬＤ法を用いた成膜処理について、簡単に説明する。 Next, a film forming process using the ALD method, which is one of the CVD methods, will be briefly described as an example of a process process for a substrate such as a wafer in the embodiment of the present invention.

ＡＬＤ法は、所要の成膜条件（温度、時間等）の下で、成膜に用いる２種類（又はそれ以上）の原料となるガスを１種類ずつ交互に基板上に供給し、１原子層単位で吸着させ、表面反応を利用して成膜を行う手法である。 In the ALD method, two types (or more) of raw material gases used for film formation are alternately supplied onto the substrate under the required film formation conditions (temperature, time, etc.). In this method, the film is formed by adsorbing in units and utilizing surface reaction.

例えば、ＳｉＮ（窒化珪素）膜形成の場合、ＡＬＤ法ではＤＣＳ（ＳｉＨ2 Ｃｌ2 、ジクロルシラン）とＮＨ3 （アンモニア）を用いて３００℃〜６００℃の低温で高品質の成膜が可能である。又、ガス供給は、複数種類の反応ガスを１種類ずつ交互に供給する。そして、膜厚制御は、反応ガス供給のサイクル数で制御する。（例えば、成膜速度が１Å／サイクルとすると、２０Åの膜を形成する場合、処理を２０サイクル行う。） For example, in the case of forming a SiN (silicon nitride) film, high quality film formation is possible at a low temperature of 300 ° C. to 600 ° C. using DCS (SiH 2 Cl 2, dichlorosilane) and NH 3 (ammonia) in the ALD method. The gas supply alternately supplies a plurality of types of reaction gases one by one. And film thickness control is controlled by the cycle number of reaction gas supply. (For example, assuming that the film formation rate is 1 mm / cycle, the process is performed 20 cycles when a film of 20 mm is formed.)

以下、前記処理炉８について図２、図３を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, the processing furnace 8 will be described in detail with reference to FIGS.

加熱手段である前記ヒータ１１の内側に、前記反応管９が設けられ、該反応管９の下端開口（炉口）は蓋体である前記シールキャップ２０により気密部材であるＯリング２２０を介して気密に閉塞され、少なくとも、前記ヒータ１１、前記反応管９、及び前記シールキャップ２０により前記処理炉８を構成している。 The reaction tube 9 is provided inside the heater 11 which is a heating means, and the lower end opening (furnace port) of the reaction tube 9 is sealed by the seal cap 20 which is a lid through an O-ring 220 which is an airtight member. The processing furnace 8 is constituted by at least the heater 11, the reaction tube 9, and the seal cap 20.

前記シールキャップ２０には石英キャップ２１８を介して基板保持手段である前記ボート１３が立設され、前記石英キャップ２１８は前記ボート１３を保持する保持具となっている。該ボート１３は前記ボートエレベータ１４により処理室２０１に装入される。前記ボート１３にはバッチ処理される複数の前記ウェーハ１２が水平姿勢で管軸方向に多段に装填される。前記ヒータ１１は前記処理室２０１に装入された前記ウェーハ１２を所定の温度に加熱する。 The seal cap 20 is provided with the boat 13, which is a substrate holding means, through a quartz cap 218, and the quartz cap 218 serves as a holder for holding the boat 13. The boat 13 is loaded into the processing chamber 201 by the boat elevator 14. The boat 13 is loaded with a plurality of wafers 12 to be batch-processed in a horizontal posture in multiple stages in the tube axis direction. The heater 11 heats the wafer 12 loaded in the processing chamber 201 to a predetermined temperature.

前記処理室２０１へは複数種類、ここでは２種類のガスを供給する供給管としての２本のガス供給管２３２ａ，２３２ｂが設けられ、第１のガス供給管２３２ａからは流量制御手段である第１のマスフローコントローラ２４１ａ及び開閉弁である第１のバルブ２４３ａを介し、更に後述する前記処理室２０１内に形成されたバッファ室２３７を介して前記処理室２０１に第１の反応ガス（第１の処理ガス）が供給される。 The processing chamber 201 is provided with two gas supply pipes 232a and 232b as supply pipes for supplying two kinds of gases, here two kinds of gases, and the first gas supply pipe 232a is a flow control means. The first reaction gas (first reaction gas) is supplied to the processing chamber 201 via a first mass flow controller 241a and a first valve 243a which is an on-off valve, and further through a buffer chamber 237 formed in the processing chamber 201 described later. Process gas).

第２のガス供給管２３２ｂからは流量制御手段である第２のマスフローコントローラ２４１ｂ、開閉弁である第２のバルブ２４３ｂを介し、更に後述する前記処理ガス供給ノズル１７を介して前記処理室２０１に第２の反応ガス（第２の処理ガス）が供給されている。前記ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、前記マスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ等は処理ガス供給系２３０を構成する。 The second gas supply pipe 232b is connected to the processing chamber 201 via a second mass flow controller 241b which is a flow rate control means and a second valve 243b which is an on-off valve, and further via the processing gas supply nozzle 17 which will be described later. A second reaction gas (second process gas) is supplied. The gas supply pipes 232a and 232b, the mass flow controllers 241a and 241b, etc. constitute a processing gas supply system 230.

前記反応管９の下部には排気口２３１が開口され、該排気口２３１にガスを排気する前記排気管１８が接続され、該排気管１８により第３のバルブ２４３ｃを介して排気手段である前記排気ポンプ１９に接続され、真空排気される様になっている。前記第３のバルブ２４３ｃは弁を開閉して前記処理室２０１の真空排気・真空排気停止ができ、更に弁開度を調節して圧力調整可能になっている開閉弁である。前記排気管１８、前記排気ポンプ１９等により排気系２４０が構成される。 An exhaust port 231 is opened at a lower portion of the reaction tube 9, and the exhaust pipe 18 for exhausting gas is connected to the exhaust port 231. The exhaust pipe 18 serves as an exhaust unit through a third valve 243 c. It is connected to an exhaust pump 19 and is evacuated. The third valve 243c is an open / close valve that can open and close the valve to stop evacuation / evacuation of the processing chamber 201, and further adjust the valve opening to adjust the pressure. An exhaust system 240 is constituted by the exhaust pipe 18 and the exhaust pump 19.

前記反応管９の内壁と前記ウェーハ１２との間に形成される円弧状の空間には、前記反応管９の下部より上部の内壁に管軸方向に沿って、ガス分散空間である前記バッファ室２３７が設けられており、該バッファ室２３７の前記ウェーハ１２に対峙する壁面にはガスを供給する第１のガス供給孔２４８ａが設けられている。該第１のガス供給孔２４８ａは前記反応管９の中心へ向けて開口している。前記第１のガス供給孔２４８ａは、下部から上部に亘ってそれぞれ同一の開口面積を有し、更に同じ開口ピッチで設けられている。 In the arc-shaped space formed between the inner wall of the reaction tube 9 and the wafer 12, the buffer chamber, which is a gas dispersion space, extends along the tube axis direction from the lower wall to the upper wall of the reaction tube 9. 237 is provided, and a wall of the buffer chamber 237 facing the wafer 12 is provided with a first gas supply hole 248a for supplying gas. The first gas supply hole 248 a opens toward the center of the reaction tube 9. The first gas supply holes 248a have the same opening area from the lower part to the upper part, and are provided at the same opening pitch.

前記バッファ室２３７の前記第１のガス供給孔２４８ａが設けられた端部と反対側の端部には、ノズル２３３が前記反応管９の下部より上部に亘り管軸に沿って配設されている。前記ノズル２３３には反応ガスを供給する複数の供給孔である第２のガス供給孔２４８ｂが設けられている。該第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積は、前記バッファ室２３７と前記処理室２０１の差圧が小さい場合には、上流側から下流側迄同一の開口面積で同一の開口ピッチとするとよいが、差圧が大きい場合には上流側から下流側に向かって開口面積を大きくするか、開口ピッチを小さくするとよい。 At the end of the buffer chamber 237 opposite to the end where the first gas supply hole 248a is provided, a nozzle 233 is disposed from the lower part to the upper part of the reaction tube 9 along the tube axis. Yes. The nozzle 233 is provided with second gas supply holes 248b which are a plurality of supply holes for supplying reaction gas. When the differential pressure between the buffer chamber 237 and the processing chamber 201 is small, the second gas supply hole 248b may have the same opening area and the same opening pitch from the upstream side to the downstream side. When the differential pressure is large, the opening area may be increased from the upstream side toward the downstream side, or the opening pitch may be decreased.

前記第２のガス供給孔２４８ｂの開口面積や開口ピッチを上流側から下流側にかけて調節することで、該各第２のガス供給孔２４８ｂよりガスの流速の差はあるが、流量は略同量である反応ガスを噴出させる。そして該各第２のガス供給孔２４８ｂから噴出するガスを前記バッファ室２３７に噴出させて一旦導入し、前記反応ガスの流速差の均一化を行うこととした。 By adjusting the opening area and the opening pitch of the second gas supply holes 248b from the upstream side to the downstream side, there is a difference in the gas flow velocity from each of the second gas supply holes 248b, but the flow rate is substantially the same. The reactive gas is ejected. Then, the gas ejected from each second gas supply hole 248b is ejected into the buffer chamber 237 and introduced once, and the flow rate difference of the reaction gas is made uniform.

前記バッファ室２３７に於いて、前記各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出した反応ガスは前記バッファ室２３７で各ガスの粒子速度が緩和された後、前記第１のガス供給孔２４８ａより前記処理室２０１に噴出する。前記各第２のガス供給孔２４８ｂより噴出した反応ガスが、前記各第１のガス供給孔２４８ａより噴出する際には、均一な流量と流速とを有するガスとすることができた。 In the buffer chamber 237, the reaction gas ejected from the second gas supply holes 248b is treated by the first gas supply holes 248a after the particle velocity of each gas is relaxed in the buffer chamber 237. It spouts into the chamber 201. When the reaction gas ejected from each of the second gas supply holes 248b was ejected from each of the first gas supply holes 248a, a gas having a uniform flow rate and flow velocity could be obtained.

前記バッファ室２３７に、細長い構造を有する第１の電極である第１の棒状電極２６９及び第２の電極である第２の棒状電極２７０が上部より下部に亘って電極を保護する保護管である電極保護管２７５に保護されて配設され、前記第１の棒状電極２６９又は前記第２の棒状電極２７０のいずれか一方は整合器２７２を介して高周波電源２７３に接続され、他方は基準電位であるアースに接続されている。前記第１の棒状電極２６９と前記第２の棒状電極２７０間に高周波電力が印加され、高周波電力の印加状態が制御部１２４で制御されることで、前記第１の棒状電極２６９及び前記第２の棒状電極２７０間のプラズマ生成領域２２４にプラズマが生成される。 In the buffer chamber 237, a first rod-shaped electrode 269 that is a first electrode having an elongated structure and a second rod-shaped electrode 270 that is a second electrode are protective tubes that protect the electrode from the top to the bottom. Protected by the electrode protection tube 275, either the first rod-shaped electrode 269 or the second rod-shaped electrode 270 is connected to the high-frequency power source 273 via the matching device 272, and the other is at the reference potential. Connected to some ground. High frequency power is applied between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270, and the application state of the high-frequency power is controlled by the control unit 124, whereby the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 269 are controlled. Plasma is generated in the plasma generation region 224 between the rod-shaped electrodes 270.

前記電極保護管２７５は、前記第１の棒状電極２６９及び前記第２の棒状電極２７０のそれぞれを前記バッファ室２３７の雰囲気と隔離した状態で該バッファ室２３７に挿入できる構造となっている。前記電極保護管２７５の内部が外気（大気）と同一雰囲気であると、該電極保護管２７５にそれぞれ挿入された前記第１の棒状電極２６９及び前記第２の棒状電極２７０は前記ヒータ１１の加熱で酸化されてしまう。従って、前記電極保護管２７５の内部は窒素等の不活性ガスを充填或はパージし、酸素濃度を充分低く抑えて前記第１の棒状電極２６９又は前記第２の棒状電極２７０の酸化を防止する為の不活性ガスパージ機構が設けられる。 The electrode protection tube 275 has a structure in which each of the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 can be inserted into the buffer chamber 237 while being isolated from the atmosphere of the buffer chamber 237. When the inside of the electrode protection tube 275 has the same atmosphere as the outside air (atmosphere), the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270 inserted into the electrode protection tube 275 are heated by the heater 11. It will be oxidized by. Therefore, the inside of the electrode protection tube 275 is filled or purged with an inert gas such as nitrogen to prevent the oxidation of the first rod-shaped electrode 269 or the second rod-shaped electrode 270 by suppressing the oxygen concentration sufficiently low. An inert gas purge mechanism is provided.

前記第１のガス供給孔２４８ａの位置より、前記反応管９の内周を１２０°程度回った内壁に、前記処理ガス供給ノズル１７が設けられている。該処理ガス供給ノズル１７は、ＡＬＤ法による成膜に於いて前記ウェーハ１２へ複数種類のガスを１種類ずつ交互に供給する際に、前記バッファ室２３７とガス供給孔を分担する処理ガス供給部である。 The processing gas supply nozzle 17 is provided on the inner wall of the reaction tube 9 rotated about 120 ° from the position of the first gas supply hole 248a. The processing gas supply nozzle 17 is a processing gas supply unit for sharing the buffer chamber 237 and the gas supply holes when alternately supplying a plurality of types of gases one by one to the wafer 12 in film formation by the ALD method. It is.

前記処理ガス供給ノズル１７は内部にガス溜め２４９を画成し、又前記処理ガス供給ノズル１７の中心に向いた面には処理ガスを噴出する第３のガス供給孔２４８ｃが設けられている。前記ガス溜め２４９の下部には前記第２のガス供給管２３２ｂが接続されている。 The processing gas supply nozzle 17 defines a gas reservoir 249 therein, and a third gas supply hole 248c for ejecting a processing gas is provided on the surface facing the center of the processing gas supply nozzle 17. The second gas supply pipe 232b is connected to the lower part of the gas reservoir 249.

前記処理ガス供給ノズル１７について、図４、図５に於いて説明する。 The processing gas supply nozzle 17 will be described with reference to FIGS.

該処理ガス供給ノズル１７には軸心に沿って上下方向に所定ピッチで前記第３のガス供給孔２４８ｃが穿設されており、図４に見られる如く、下部２５１では一列、下中間部２５２、上中間部２５３、上部２５４では２列となっており、又前記下中間部２５２、前記上中間部２５３、前記上部２５４と上方に行く程、列間（水平方向に隣接する第３のガス供給孔２４８ｃ間の間隔）の内角θが大きくなっており、全体的にはＶ字状となっている。 The processing gas supply nozzle 17 is provided with the third gas supply holes 248c at a predetermined pitch in the vertical direction along the axial center. As shown in FIG. The upper intermediate portion 253 and the upper portion 254 are in two rows, and the lower intermediate portion 252, the upper intermediate portion 253, and the upper portion 254 move upward from the rows (the third gas adjacent in the horizontal direction). The internal angle θ of the gap between the supply holes 248c is large, and is generally V-shaped.

尚、前記内角θは前記下中間部２５２、前記上中間部２５３、前記上部２５４では２列となっており、又下中間部２５２、上中間部２５３、上部２５４と段階的に大きく設定したが、前記内角θは連続的に変化させてもよい。又、変化させるθの値は、０°〜所定の角度の範囲で設定される。前記内角θの設定に於いては、実験、或は処理実績等が考慮される。又、前記内角θの変化は上方から下方に向って増大してもよく、更に前記第３のガス供給孔２４８ｃのピッチを上下で異ならせてもよい。 The inner angle θ has two rows in the lower intermediate portion 252, the upper intermediate portion 253, and the upper portion 254, and the inner angle θ is set to be larger in steps with the lower intermediate portion 252, the upper intermediate portion 253, and the upper portion 254. The internal angle θ may be continuously changed. Further, the value of θ to be changed is set in the range of 0 ° to a predetermined angle. In setting the internal angle θ, an experiment, a processing result, or the like is considered. Further, the change in the internal angle θ may increase from the upper side to the lower side, and the pitch of the third gas supply holes 248c may be varied up and down.

前記ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、前記電極保護管２７５等、前記反応管９に用いられる細管は、洗浄等が考慮され、内径が８ｍｍ以上の管が使用される。又、前記ガス供給管２３２ａ，２３２ｂ、前記電極保護管２７５、前記排気管１８が設けられる範囲は、前記反応管９の下部、円周略１８０°の範囲に設けられる。 The thin tubes used for the reaction tube 9, such as the gas supply tubes 232a and 232b and the electrode protection tube 275, are considered to be washed, and tubes having an inner diameter of 8 mm or more are used. The range in which the gas supply pipes 232a and 232b, the electrode protection pipe 275, and the exhaust pipe 18 are provided is provided in the lower part of the reaction tube 9 and in a range of about 180 ° in the circumference.

前記反応管９内の中央部には前記ボート１３が収納され、該ボート１３は前記ボートエレベータ１４により前記反応管９に装脱される様になっている。又、処理の均一性を向上する為に前記ボート１３を回転する為の回転手段であるボート回転機構２６７が設けてあり、該ボート回転機構２６７を駆動することにより、前記ボート１３を回転する様になっている。 The boat 13 is housed in the central portion of the reaction tube 9, and the boat 13 is attached to and detached from the reaction tube 9 by the boat elevator 14. Further, in order to improve the uniformity of processing, a boat rotating mechanism 267 is provided as a rotating means for rotating the boat 13, and the boat 13 is rotated by driving the boat rotating mechanism 267. It has become.

制御手段である前記制御部２３は、前記第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂ、前記第１〜第３のバルブ２４３ａ，２４３ｂ，２４３ｃ、前記ヒータ１１、前記排気ポンプ１９、前記ボート回転機構２６７、図中省略のボート昇降機構、前記高周波電源２７３、前記整合器２７２に接続されており、前記第１、第２のマスフローコントローラ２４１ａ，２４１ｂの流量調整、前記第１、第２のバルブ２４３ａ，２４３ｂの開閉動作、前記第３のバルブ２４３ｃの開閉及び圧力調整動作、前記ヒータ１１の温度調節、前記排気ポンプ１９の起動・停止、前記ボート回転機構２６７の回転速度調節、前記ボート昇降機構の昇降動作制御、前記高周波電源２７３の電力供給制御、前記整合器２７２によるインピーダンス制御が行われる。 The control unit 23, which is a control means, includes the first and second mass flow controllers 241a and 241b, the first to third valves 243a, 243b and 243c, the heater 11, the exhaust pump 19, and the boat rotation mechanism. 267, connected to the boat elevating mechanism (not shown), the high-frequency power source 273, and the matching unit 272, the flow rate adjustment of the first and second mass flow controllers 241a and 241b, the first and second valves 243a. , 243b opening / closing operation, opening / closing and pressure adjusting operation of the third valve 243c, temperature adjustment of the heater 11, start / stop of the exhaust pump 19, adjustment of rotation speed of the boat rotation mechanism 267, adjustment of the boat lifting mechanism Ascending / descending operation control, power supply control of the high frequency power supply 273, impedance control by the matching unit 272 are performed. It is.

次にＡＬＤ法による成膜例について、ＤＣＳ及びＮＨ3 ガスを用いてＳｉＮ膜を成膜する例で説明する。 Next, an example of film formation by the ALD method will be described using an example of forming a SiN film using DCS and NH3 gas.

先ず成膜しようとする前記ウェーハ１２を前記ボート１３に装填し、前記処理炉８に搬入する。搬入後、次の３つのステップを順次実行する。 First, the wafer 12 to be deposited is loaded into the boat 13 and carried into the processing furnace 8. After carrying in, the following three steps are sequentially executed.

［ステップ１］
ステップ１では、プラズマ励起の必要なＮＨ3 ガスと、プラズマ励起の必要のないＤＣＳガスとを並行して流す。 [Step 1]
In step 1, NH3 gas that requires plasma excitation and DCS gas that does not require plasma excitation are allowed to flow in parallel.

先ず前記第１のガス供給管２３２ａに設けた前記第１のバルブ２４３ａ、及び前記排気管１８に設けた前記第３のバルブ２４３ｃを共に開けて、前記第１のガス供給管２３２ａから前記第１のマスフローコントローラ２４１ａにより流量調整されたＮＨ3 ガスを前記ノズル２３３の前記第２のガス供給孔２４８ｂから前記バッファ室２３７へ噴出し、前記第１の棒状電極２６９及び前記第２の棒状電極２７０間に前記高周波電源２７３から前記整合器２７２を介して高周波電力を印加してＮＨ3 をプラズマ励起し、活性種として前記処理室２０１に供給しつつ前記排気管１８から排気する。 First, the first valve 243a provided in the first gas supply pipe 232a and the third valve 243c provided in the exhaust pipe 18 are both opened, and the first gas supply pipe 232a is connected to the first gas supply pipe 232a. The NH 3 gas whose flow rate has been adjusted by the mass flow controller 241 a is jetted from the second gas supply hole 248 b of the nozzle 233 to the buffer chamber 237, and is interposed between the first rod-shaped electrode 269 and the second rod-shaped electrode 270. High frequency power is applied from the high frequency power supply 273 via the matching unit 272 to excite NH3 plasma, and the exhaust gas is exhausted from the exhaust pipe 18 while being supplied to the processing chamber 201 as active species.

ＮＨ3 ガスをプラズマ励起することにより活性種として流す時は、前記第３のバルブ２４３ｃを適正に調整して前記処理室２０１内圧力を１０〜１００Ｐａとする。前記第１のマスフローコントローラ２４１ａで制御するＮＨ3 の供給流量は１０００〜１００００ｓｃｃｍである。ＮＨ3 をプラズマ励起することにより得られた活性種に前記ウェーハ１２を晒す時間は２〜１２０秒間である。この時の前記ヒータ１１の温度は前記ウェーハ１２が３００℃〜６００℃になる様設定してある。ＮＨ3 は反応温度が高い為、上記ウェーハ温度では反応しないので、プラズマ励起することにより活性種としてから流す様にしており、ウェーハ温度は設定した低い温度範囲のままで処理を行える。 When flowing NH3 gas as active species by plasma excitation, the third valve 243c is appropriately adjusted so that the pressure in the processing chamber 201 is 10 to 100 Pa. The supply flow rate of NH3 controlled by the first mass flow controller 241a is 1000 to 10000 sccm. The time for exposing the wafer 12 to the active species obtained by plasma excitation of NH3 is 2 to 120 seconds. At this time, the temperature of the heater 11 is set so that the wafer 12 has a temperature of 300 ° C. to 600 ° C. Since NH3 has a high reaction temperature, it does not react at the above-mentioned wafer temperature. Therefore, it is made to flow as an active species by plasma excitation, and processing can be performed with the wafer temperature kept in a set low temperature range.

ＮＨ3 をプラズマ励起することにより活性種として供給している時、前記第２のガス供給管２３２ｂの前記第２のバルブ２４３ｂを閉める。この時、前記処理室２０１内に流しているガスはＮＨ3 をプラズマ励起することにより得られた活性種であり、ＤＣＳは存在しない。従って、ＮＨ3 は気相反応を起こすことはなく、プラズマにより励起され活性種となったＮＨ3 は前記ウェーハ１２上の下地膜と表面反応する。 When NH3 is supplied as an active species by plasma excitation, the second valve 243b of the second gas supply pipe 232b is closed. At this time, the gas flowing in the processing chamber 201 is an active species obtained by plasma excitation of NH3, and DCS does not exist. Therefore, NH3 does not cause a gas phase reaction, and NH3 excited by plasma to become active species reacts with the underlying film on the wafer 12.

［ステップ２］
ステップ２では、前記第１のガス供給管２３２ａの前記第１のバルブ２４３ａを閉めて、ＮＨ3 の供給を止め、前記排気管１８の前記第３のバルブ２４３ｃは開いたままにして前記排気ポンプ１９により、前記処理室２０１を２０Ｐａ以下に排気し、残留ＮＨ3 を該処理室２０１から排除する。この時、Ｎ2 等の不活性ガスを該処理室２０１に供給すると、更に残留ＮＨ3 を排除する効果が高まる。 [Step 2]
In step 2, the first valve 243a of the first gas supply pipe 232a is closed, the supply of NH3 is stopped, and the third valve 243c of the exhaust pipe 18 is kept open, so that the exhaust pump 19 Thus, the processing chamber 201 is evacuated to 20 Pa or less, and residual NH 3 is removed from the processing chamber 201. At this time, if an inert gas such as N2 is supplied to the processing chamber 201, the effect of eliminating residual NH3 is further enhanced.

［ステップ３］
ステップ３では、前記処理室２０１の排気が終わったら前記排気管１８の前記第３のバルブ２４３ｃを閉じて排気を止める。前記第２のガス供給管２３２ｂの前記第２のバルブ２４３ｂを開く。これによりＤＣＳが前記処理室２０１に供給される。この時前記排気管１８の前記第３のバルブ２４３ｃが閉じられているので、前記処理室２０１内の圧力は急激に上昇して約９３１Ｐａ（７Ｔｏｒｒ）迄昇圧される。ＤＣＳを供給する為の時間は２〜４秒に設定し、その後前記ウェーハ１２を上昇した圧力雰囲気中に晒す時間を２〜４秒に設定し、合計６秒とした。この時のウェーハ温度はＮＨ3 の供給時と同じく、３００℃〜６００℃である。ＤＣＳの供給により、下地膜上のＮＨ3 とＤＣＳとが表面反応して、前記ウェーハ１２上にＳｉＮ膜が成膜される。成膜後、前記第２のバルブ２４３ｂを閉じ、前記第３のバルブ２４３ｃを開けて前記処理室２０１を真空排気し、残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを排除する。又、この時にはＮ2 等の不活性ガスを前記処理室２０１に供給すると、更に残留するＤＣＳの成膜に寄与した後のガスを前記処理室２０１から排除する効果が高まる。 [Step 3]
In step 3, when the exhaust of the processing chamber 201 is finished, the third valve 243c of the exhaust pipe 18 is closed to stop the exhaust. The second valve 243b of the second gas supply pipe 232b is opened. As a result, DCS is supplied to the processing chamber 201. At this time, since the third valve 243c of the exhaust pipe 18 is closed, the pressure in the processing chamber 201 is rapidly increased to about 931 Pa (7 Torr). The time for supplying DCS was set to 2 to 4 seconds, and then the time for exposing the wafer 12 to the elevated pressure atmosphere was set to 2 to 4 seconds, for a total of 6 seconds. The wafer temperature at this time is 300 ° C. to 600 ° C. as in the case of supplying NH 3. By supplying DCS, NH3 and DCS on the base film react with each other to form a SiN film on the wafer 12. After the film formation, the second valve 243b is closed, the third valve 243c is opened, and the processing chamber 201 is evacuated to remove the remaining gas after contributing to the film formation of DCS. At this time, if an inert gas such as N2 is supplied to the processing chamber 201, the effect of removing the remaining gas that has contributed to the deposition of DCS from the processing chamber 201 is enhanced.

前記処理ガス供給ノズル１７からの処理ガスの供給について、該処理ガス供給ノズル１７の下部２５１では一列の前記第３のガス供給孔２４８ｃから、前記下中間部２５２、前記上中間部２５３、前記上部２５４では２列の前記第３のガス供給孔２４８ｃから、而も上方に向って内角θが大きくなっているので、噴出する処理ガスは炉心方向と離反する方向の分力を与えられ、分力は上方に位置するガス供給孔２４８ｃになる程大きくなる様に設定されるので、処理ガスのウェーハ表面に対する流速分布が前記処理室２０１下部、上部に拘らず、均一化される。 With respect to the supply of the processing gas from the processing gas supply nozzle 17, the lower intermediate portion 252, the upper intermediate portion 253, and the upper portion of the lower portion 251 of the processing gas supply nozzle 17 from the third gas supply holes 248 c in a row. In 254, since the inner angle θ is increased upward from the two rows of the third gas supply holes 248c, the ejected process gas is given a component force in a direction away from the core direction. Is set so as to become larger as the gas supply hole 248c located at the upper side becomes larger, the flow velocity distribution of the processing gas with respect to the wafer surface is made uniform regardless of the lower and upper portions of the processing chamber 201.

而して、上記ステップ１〜３を１サイクルとし、該サイクルを複数回繰返すことによりウェーハ１２上に所定膜厚のＳｉＮ膜を成膜する。 Thus, steps 1 to 3 are defined as one cycle, and the cycle is repeated a plurality of times to form a SiN film having a predetermined thickness on the wafer 12.

本発明が実施される基板処理装置の一例を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows an example of the substrate processing apparatus by which this invention is implemented. 本実施の形態に係る縦型の基板処理炉の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the vertical substrate processing furnace which concerns on this Embodiment. 同前本実施の形態に係る縦型の基板処理炉の概略平断面図である。It is a schematic plane sectional view of the vertical substrate processing furnace according to the same embodiment as before. 同前本実施の形態に使用される処理ガス供給ノズルの概略正面図である。It is a schematic front view of the process gas supply nozzle used for the present embodiment. 該処理ガス供給ノズルの平断面図である。It is a plane sectional view of the processing gas supply nozzle. 従来の処理ガス供給ノズルの概略正面図である。It is a schematic front view of the conventional process gas supply nozzle.

符号の説明Explanation of symbols

８処理炉
９反応管
１１ヒータ
１２ウェーハ
１３ボート
１４ボートエレベータ
１５基板移載装置
２３制御部
２０１処理室
２３０処理ガス供給系
２４０排気系
２４８ｃ第３のガス供給孔
２４９ガス溜め 8 Processing Furnace 9 Reaction Tube 11 Heater 12 Wafer 13 Boat 14 Boat Elevator 15 Substrate Transfer Device 23 Control Unit 201 Processing Chamber 230 Processing Gas Supply System 240 Exhaust System 248c Third Gas Supply Hole 249 Gas Reservoir

Claims

積層載置された所要数の基板を収納する処理室と、処理ガスを前記処理室に供給し、前記基板の積層方向に延在するガスノズルと、前記処理室を排気する排気手段とを具備し、前記ガスノズルは積層方向に沿って複数のガス供給孔を有し、更に該ガス供給孔は前記積層方向と交差する方向に１以上設けられ、隣接するガス供給孔同士の内角が０°〜所定角度で設定され、前記内角は積層方向で２以上の角度で設定されることを特徴とする基板処理装置。 A processing chamber for storing a required number of stacked substrates, a gas nozzle for supplying a processing gas to the processing chamber and extending in the stacking direction of the substrates, and an exhaust means for exhausting the processing chamber. The gas nozzle has a plurality of gas supply holes along the stacking direction, and one or more gas supply holes are provided in a direction intersecting the stacking direction, and an inner angle between adjacent gas supply holes is 0 ° to a predetermined value. The substrate processing apparatus is set by an angle, and the inner angle is set at an angle of 2 or more in the stacking direction.